JP6873662B2 - Orbital shield excavator and orbital tunnel excavation method - Google Patents
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Description
本発明は、周回シールド掘削機および周回トンネル掘削方法に関する。 The present invention relates to an orbital shield excavator and an orbital tunnel excavation method.
従来から、既設トンネルを取り巻くような周回トンネルを掘削する際に用いられる周回シールド掘削機が知られている。例えば、特許文献1には、バケット掘削式の周回シールド掘削機が開示されている。 Conventionally, a circuit shield excavator used for excavating a circuit tunnel surrounding an existing tunnel has been known. For example, Patent Document 1 discloses a bucket excavation type orbital shield excavator.
具体的に、特許文献1に開示された周回シールド掘削機は、周回方向に推進する、バケット駆動機構およびシールドジャッキを有する掘削機本体と、この掘削機本体にワイヤを介して牽引されたエレクタ装置を含む。掘削機本体は、シールドジャッキを伸長させることによって、組み立てられたセグメントに反力をとって推進する。エレクタ装置は、シールドジャッキを短縮させたときの掘削機本体内スペースでセグメントを組み立てる。 Specifically, the orbital shield excavator disclosed in Patent Document 1 includes an excavator main body having a bucket drive mechanism and a shield jack that propels in the orbital direction, and an erector device towed by the excavator main body via a wire. including. The excavator body propels the assembled segment by taking a reaction force by extending the shield jack. The Elekta device assembles the segments in the space inside the excavator body when the shield jack is shortened.
しかしながら、特許文献1に開示された周回シールド掘削機では、エレクタ装置が掘削機本体に牽引されているために、エレクタ装置がセグメントを組み立てる位置が常に変化する。従って、セグメント組立時のエレクタ装置の操作およびセグメント同士の締結作業を、掘削機本体の推進位置に応じて作業員が異なる姿勢で行わなければならない。また、既に掘削された周回トンネルの一部を通って掘削機本体近くまでセグメントを周回方向に搬送する必要があり、セグメントの搬送に多大な労力を要する。 However, in the orbital shield excavator disclosed in Patent Document 1, since the excavator device is towed by the excavator body, the position where the excavator device assembles the segment always changes. Therefore, the operator must perform the operation of the erector device and the fastening work of the segments at the time of segment assembly in different postures depending on the propulsion position of the excavator main body. In addition, it is necessary to transport the segment in the orbital direction to the vicinity of the excavator main body through a part of the orbital tunnel that has already been excavated, which requires a great deal of labor to convey the segment.
そこで、本発明は、セグメント組立時のエレクタ装置の操作およびセグメント同士の締結作業ならびにセグメントの搬送作業を簡素化できる周回シールド掘削機、およびこの周回シールド掘削機を用いた周回トンネル掘削方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides an orbital shield excavator that can simplify the operation of the elector device at the time of segment assembly, the work of fastening the segments to each other, and the work of transporting the segments, and the orbital tunnel excavation method using the orbital shield excavator. The purpose is.
前記課題を解決するために、本発明の周回シールド掘削機は、地中に設けられた発進基地から周回方向に推進する掘削機本体と、前記発進基地における前記掘削機本体の推進方向と反対側の後方壁面に取り付けられた、複数のセグメントを組み立ててセグメントリングを生成するエレクタ装置と、前記後方壁面に取り付けられた、前記エレクタ装置によって生成されたセグメントリングを前記掘削機本体に向かって押し出す複数の元押しジャッキと、を備える、ことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the orbital shield excavator of the present invention has an excavator main body that propels in the orbital direction from a start base provided in the ground and a side opposite to the propulsion direction of the excavator main body at the start base. An excavator device attached to the rear wall surface of the digging machine to assemble a plurality of segments to generate a segment ring, and a plurality of excavator devices attached to the rear wall surface to push out a segment ring generated by the erector device toward the excavator main body. It is characterized by being equipped with an excavator jack.
上記の構成によれば、発進基地の後方壁面に取り付けられたエレクタ装置によって生成されたセグメントリングが元押しジャッキによって掘削機本体に向かって押し出されるので、セグメント組立時のエレクタ装置の操作およびセグメント同士の締結作業を発進基地内で行うことができる。しかも、セグメントを既に掘削された周回トンネルの一部を通って搬送する必要もない。従って、セグメント組立時のエレクタ装置の操作およびセグメント同士の締結作業ならびにセグメントの搬送作業を簡素化することができる。 According to the above configuration, the segment ring generated by the Elekta device mounted on the rear wall surface of the starting base is pushed toward the excavator body by the main push jack, so that the operation of the Elekta device during segment assembly and the segments are used together. Can be fastened in the starting base. Moreover, it is not necessary to transport the segment through a part of the circuit tunnel that has already been excavated. Therefore, it is possible to simplify the operation of the elector device at the time of assembling the segments, the fastening work between the segments, and the transporting work of the segments.
前記掘削機本体は、カッターヘッドと、前記カッターヘッドを支持する前胴と、前記前胴とスライド可能な後胴と、前記後胴に対して前記前胴を前進させるとともに前記前胴に対して前記後胴を引き寄せる複数のシールドジャッキと、を含んでもよい。特許文献1に開示された周回シールド掘削機では、掘削機本体が上向きに推進する際に、シールドジャッキの推力がエレクタ装置の重量を負担する必要がある。これに対し、本構成によれば、シールドジャッキの推力がエレクタ装置の重力を負担する必要がない。従って、シールドジャッキに必要な推力を低減することができる。 The excavator main body advances the cutter head, the front body that supports the cutter head, the front body and the slidable rear body, the front body with respect to the rear body, and the front body with respect to the front body. It may include a plurality of shield jacks that attract the rear fuselage. In the orbital shield excavator disclosed in Patent Document 1, when the excavator main body is propelled upward, the thrust of the shield jack needs to bear the weight of the erector device. On the other hand, according to this configuration, the thrust of the shield jack does not have to bear the gravity of the erector device. Therefore, the thrust required for the shield jack can be reduced.
前記エレクタ装置は、中心軸回りに回転する筒状の旋回シャフトと、セグメント把持部と、前記エレクタ把持部をスライドさせる、前記旋回シャフトの外周面に取り付けられたスライド機構と、を含み、前記発信基地は、既設トンネルから広がるように設けられており、前記エレクタ装置の旋回シャフトの内部を通って、前記既設トンネル内または前記発進基地内に配置された油圧ポンプユニットから前記掘削機本体に油圧配管が接続されていてもよい。この構成によれば、中空のエレクタ装置の内部を利用して油圧配管を配索することができる。しかも、圧力源である油圧ポンプユニットは既設トンネル内または発進基地内に配置されるので、油圧ポンプユニットを容易にメンテナンスすることができる。 The elector device includes a tubular swivel shaft that rotates around a central axis, a segment grip portion, and a slide mechanism attached to an outer peripheral surface of the swivel shaft that slides the elector grip portion. The base is provided so as to extend from the existing tunnel, and a hydraulic pipe is passed from the hydraulic pump unit arranged in the existing tunnel or the starting base to the excavator main body through the inside of the swivel shaft of the elector device. May be connected. According to this configuration, the hydraulic piping can be arranged by utilizing the inside of the hollow elector device. Moreover, since the hydraulic pump unit that is the pressure source is arranged in the existing tunnel or the starting base, the hydraulic pump unit can be easily maintained.
例えば、前記エレクタ装置は、前記旋回シャフトを回転可能に支持する筒状の旋回台を含み、前記旋回シャフトは、前記旋回台と共に連続した内部空間を形成するように延びていてもよい。 For example, the erector device may include a tubular swivel that rotatably supports the swivel shaft, which may extend with the swivel to form a continuous interior space.
また、本発明の周回トンネル掘削方法は、上記の周回シールド掘削機を用いて周回トンネルを掘削することを特徴とする。この構成によれば、周回トンネルの掘削をスムーズに進行させることができる。 Further, the orbital tunnel excavation method of the present invention is characterized in that the orbital tunnel is excavated by using the above-mentioned orbital shield excavator. According to this configuration, excavation of the circuit tunnel can proceed smoothly.
前記掘削機本体が前記後方壁面を貫通する前に、前記エレクタ装置および前記複数の元押しジャッキを前記後方壁面から取り外して前記発進基地の中間位置に移設し、前記後方壁面に前記掘削機本体が通過可能なガイド筒を取り付けるとともに、前記ガイド筒内に流動化処理土を充填してもよい。この構成によれば、掘削機本体が発進基地の後方壁面を貫通するときの止水を図ることができる。 Before the excavator body penetrates the rear wall surface, the erector device and the plurality of push jacks are removed from the rear wall surface and moved to an intermediate position of the starting base, and the excavator body is placed on the rear wall surface. A passable guide cylinder may be attached, and the guide cylinder may be filled with fluidized soil. According to this configuration, it is possible to stop water when the excavator main body penetrates the rear wall surface of the starting base.
本発明によれば、セグメント組立時のエレクタ装置の操作およびセグメント同士の締結作業ならびにセグメントの搬送作業を簡素化することができる。 According to the present invention, it is possible to simplify the operation of the elector device at the time of assembling the segments, the fastening work between the segments, and the transporting work of the segments.
図1に、本発明の一実施形態に係る周回シールド掘削機1を示す。この周回シールド掘削機1は、図5に示すように、既設トンネル81を取り巻くような周回トンネル83を掘削する周回トンネル掘削方法に用いられる。
FIG. 1 shows an orbiting shield excavator 1 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, the orbital shield excavator 1 is used in an orbital tunnel excavation method for excavating an
図5では、周回トンネル83が円形状であるが、周回トンネル83は楕円状などの他の形状であってもよい。また、図5〜図9では、一例として、既設トンネル81と別の既設トンネル82との分岐合流部を構築する場合を示すが、周回シールド掘削機1を用いた周回トンネル掘削方法は、1本の既設トンネル81を拡大する場合にも有用である。
In FIG. 5, the
図6に示すように、周回シールド掘削機1が用いられる場合、まず地中に既設トンネル81から広がる発進基地11が設けられ、その後に発進基地11内に周回シールド掘削機1が設置される。図6では、発進基地11が既設トンネル81から横向きに広がっているが、発進基地11は、既設トンネル81から上向きまたは下向きに広がっていてもよい。
As shown in FIG. 6, when the orbital shield excavator 1 is used, the
発進基地11は、図6および図7に示すように、コンクリート壁12によって囲まれており、縦断面でも横断面でも既設トンネル81の中心に向かって開口する略コ字状をなしている。また、発進基地11の開口には、中央にコンクリート柱13も立設されている。
As shown in FIGS. 6 and 7, the
本実施形態では、周回トンネル83の断面は、図7に示すように既設トンネル81の延在方向に長い矩形状である。ただし、周回トンネル83の断面は、これに限定されるものではなく、例えば、楕円状や円形状であってもよい。
In the present embodiment, the cross section of the
図1に示すように、周回シールド掘削機1は、掘削機本体2およびエレクタ装置4を含む。掘削機本体2は、発進基地11から既設トンネル81を取り巻くように周回方向に推進する。エレクタ装置4は、発進基地11における掘削機本体2の推進方向と反対側の後方壁面14(本実施形態では上面)に取り付けられている。
As shown in FIG. 1, the orbital shield excavator 1 includes an excavator
本実施形態では、エレクタ装置4が架台6を介して発進基地11の後方壁面14に取り付けられている。架台6は、図7に示すように、後方壁面14に沿って既設トンネル81の延在方向に並ぶ複数の梁63と、梁63の既設トンネル81側の端部を支持する第1受桁61と、梁63の既設トンネル81と反対側の端部を支持する第2受桁62を含む。ただし、エレクタ装置4は、発進基地11の後方壁面14に直接取り付けられてもよい。
In the present embodiment, the
図1に戻って、掘削機本体2は、カッターヘッド21、前胴22および後胴26を含む。前胴22は、カッターヘッド21を回転可能に支持し、後胴26は、前胴22とスライド可能である。
Returning to FIG. 1, the
具体的に、前胴22は、周回トンネル83と同曲率で屈曲する筒状の前方ケーシング23と、前方ケーシング23の前側開口を閉塞する前壁24を含む。後胴26は、前胴22の前方ケーシング23内に嵌まり込む、周回トンネル83と同曲率で屈曲する筒状の後方ケーシング27と、後方ケーシング27の後端部と接合された環状の構造体28を含む。
Specifically, the
さらに、掘削機本体2は、前胴22および後胴26内に複数のシールドジャッキ29を含む。シールドジャッキ29は、前方ケーシング23および後方ケーシング27の内周面に沿って所定のピッチで配置されている(シールドジャッキ29の数は、例えば、20〜40本である)。各シールドジャッキ29の一端部は、前胴22の前壁24または前方ケーシング23の内周面に取り付けられたブラケット25に連結されており、他端部は、後胴26の構造体28に連結されている。シールドジャッキ29は、後胴26に対して前胴22を前進させるとともに、前胴22に対して後胴26を引き寄せる。
Further, the excavator
エレクタ装置4は、複数のセグメント3を組み立ててセグメントリング30を生成する。具体的に、エレクタ装置4は、図2〜図4に示すように、筒状の旋回台41および筒状の旋回シャフト43を含む。旋回台41は架台6から下向きに延びており、旋回シャフト43は旋回台41と共に連続した内部空間を形成するように旋回台41から下向きに延びている。本実施形態では、旋回シャフト43の中心軸が旋回台41の中心軸と一致している。
The
旋回シャフト43は、旋回ベアリング42を介して旋回台41に旋回可能に支持されている。本実施形態では、旋回ベアリング42が、旋回台41に締結された内輪と、旋回シャフト43に締結された、外歯が形成された外輪を含む。そして、旋回ベアリング42の外輪の外歯にはモータ(図示せず)に取り付けられた駆動ギヤ40が噛み合っており、そのモータによって旋回シャフト43がその中心軸回りに回転させられる。
The
さらに、エレクタ装置4は、旋回シャフト43の外周面に取り付けられたスライド機構44と、スライド機構44によってスライドされるセグメント把持部47を含む。本実施形態では、スライド機構44とセグメント把持部47の間に、リフト機構45およびヨーイング機構46も設けられている。リフト機構45は、油圧シリンダ45aを含み、セグメント把持部47を図2中の矢印Aで示すようにリフトさせる。ヨーイング機構46は、油圧シリンダ46aを含み、セグメント把持部47を図3中の矢印Bで示すようにヨーイングさせる。
Further, the
スライド機構44は、旋回シャフト43と一体的に形成された中空の本体部44aと、本体部44aを貫通するスライド部材44bと、ヘッドが本体部44aに連結され、ロッドの先端がスライド部材44bに連結された油圧シリンダ44cを含む。
In the
上述した掘削機本体2の前胴22内には、カッターヘッド21を回転させる油圧モータなどが配置される。このため、掘削機本体2には、図1に示すように、エレクタ装置4の旋回台41および旋回シャフト43の内部を通って、既設トンネル81内または発進基地11内に配置された油圧ポンプユニット(図示せず)から油圧配管7が接続されている。
A hydraulic motor or the like for rotating the
また、掘削機本体2の前胴22内には、掘削された泥を後方へ送り出すためのスクリューコンベヤ(図示せず)などが配置されており、このスクリューコンベヤから延びる排泥管もエレクタ装置4の旋回台41および旋回シャフト43の内部を通って延びている。さらに、既設トンネル81内または発進基地11内には、複数の電気盤が配置され、これらの電気盤と掘削機本体2とを接続する各種の電気ケーブルもエレクタ装置4の旋回台41および旋回シャフト43の内部を通って延びている。
Further, a screw conveyor (not shown) for sending out the excavated mud to the rear is arranged in the
発進基地11の後方壁面14には、複数の元押しジャッキ5が直接取り付けられている。ただし、元押しジャッキ5は、架台6を介して後方壁面14に取り付けられてもよい。元押しジャッキ5は、エレクタ装置4によって生成されたセグメントリング30を掘削機本体2に向かって押し出す。元押しジャッキ5は、セグメントリング30に沿って所定のピッチで配置されている(元押しジャッキ5の数は、例えば、50〜80本である)。
A plurality of
次に、図6〜図9を参照して、周回シールド掘削機1を用いた周回トンネル掘削方法を説明する。 Next, a circuit tunnel excavation method using the circuit shield excavator 1 will be described with reference to FIGS. 6 to 9.
図6および図7に示すように、発進基地11の完成後、発進基地11の後方壁面14に架台6を取り付ける。また、発進基地11における掘削機本体2の推進方向側の前方壁面(本実施形態では下面)には、掘削機本体2用のエントランスを、コンクリート壁84および鋼管85により形成する。鋼管85の内周面には、掘削機本体2またはセグメントリング30と鋼管85との間をシールする複数のブラシ86が取り付けられる。
As shown in FIGS. 6 and 7, after the starting
ついで、発進基地11内で、分割搬入された掘削機本体2を組み立て、組み立てられた掘削機本体2を鋼管85内に挿入する。また、発進基地11の後方壁面14には、エレクタ装置4を架台6を介して取り付ける。さらに、後方壁面14には、元押しジャッキ5を取り付ける。
Then, the excavator
その後、図8に示すように、エレクタ装置4によるセグメントリング30の作成、掘削機本体2の1リング分の推進および元押しジャッキ5によるセグメントリング30全体の押圧を繰り返す。これにより、周回トンネル83の掘削をスムーズに進行させることができる。
After that, as shown in FIG. 8, the creation of the
図9に示すように、掘削機本体2がある程度推進した後、すなわち掘削機本体2が発進基地11の後方壁面14を貫通する前に、エレクタ装置4および元押しジャッキ5を発進基地11の後方壁面14から取り外し、それらを架台91を利用して発進基地11の中間位置に移設する。ついで、発進基地11の後方壁面14に掘削機本体2が通過可能なガイド筒92を取り付けるとともに、ガイド筒92内に流動化処理土93を充填する。これにより、掘削機本体2が発進基地11の後方壁面14を貫通するときの止水を図ることができる。
As shown in FIG. 9, after the excavator
以上説明したように、本実施形態の周回シールド掘削機1では、発進基地11の後方壁面14に取り付けられたエレクタ装置4によって生成されたセグメントリング30が元押しジャッキ5によって掘削機本体2に向かって押し出されるので、セグメント組立時のエレクタ装置4の操作およびセグメント3同士の締結作業を発進基地11内で行うことができる。しかも、セグメント3を既に掘削された周回トンネルの一部を通って搬送する必要もない。従って、セグメント組立時のエレクタ装置4の操作およびセグメント3同士の締結作業ならびにセグメント3の搬送作業を簡素化することができる。
As described above, in the orbital shield excavator 1 of the present embodiment, the
ところで、特許文献1に開示された周回シールド掘削機では、エレクタ装置が掘削機本体に牽引されているために、掘削機本体が上向きに推進する際に、シールドジャッキの推力がエレクタ装置の重量を負担する必要がある。これに対し、本実施形態の周回シールド掘削機1では、シールドジャッキ29の推力がエレクタ装置4の重力を負担する必要がない。従って、シールドジャッキ29に必要な推力を低減することができる。
By the way, in the orbital shield excavator disclosed in Patent Document 1, since the excavator device is pulled by the excavator body, the thrust of the shield jack reduces the weight of the excavator device when the excavator body is propelled upward. You have to bear. On the other hand, in the orbiting shield excavator 1 of the present embodiment, the thrust of the
さらに、本実施形態では、エレクタ装置4が筒状の旋回台41と筒状の旋回シャフト43を含んでいるので、中空のエレクタ装置4の内部を利用して油圧配管7および各種の電気ケーブルを配索することができるとともに、エレクタ装置4を貫通するように排泥管を設置することができる。しかも、動力源である油圧ポンプユニットおよび複数の電気盤は既設トンネル81内または発進基地11内に配置されるので、油圧ポンプユニットおよび複数の電気盤を容易にメンテナンスすることができる。
Further, in the present embodiment, since the
(変形例)
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
(Modification example)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
例えば、掘削機本体2は、カッターヘッド21を含まずに、特許文献1に開示された周回シールド掘削機と同様にバケット掘削式であってもよい。
For example, the excavator
また、シールドジャッキ29は必ずしも設けられている必要はなく、省略可能である。この場合、元押しジャッキ5がセグメントリング30を介して掘削機本体2を押圧することで、掘削機本体2が推進する。
Further, the
また、シールドジャッキ29と元押しジャッキ5の併用は、周回シールド掘削機1以外にも、直線的にまたは大きな曲率半径で推進する通常のシールド掘削機に対しても有用である。
Further, the combined use of the
また、エレクタ装置4が旋回台41を含まずに、架台6が、旋回ベアリング42の内輪を支持するように構成されていてもよい。つまり、油圧配管7、各種の電気ケーブルおよび排泥管は、エレクタ装置4の旋回シャフト43の内部のみを通っていてもよい。
Further, the
1 周回シールド掘削機
11 発進基地
14 後方壁面
2 掘削機本体
21 カッターヘッド
22 前胴
26 後胴
29 シールドジャッキ
3 セグメント
30 セグメントリング
4 エレクタ装置
41 旋回台
43 旋回シャフト
44 スライド機構
47 セグメント把持部
5 元押しジャッキ
7 油圧配管
92 ガイド筒
96 流動化処理土
1
Claims (7)
前記発進基地における前記掘削機本体の推進方向と反対側の後方壁面に取り付けられた、複数のセグメントを組み立ててセグメントリングを生成するエレクタ装置と、
前記後方壁面に取り付けられた、前記エレクタ装置によって生成されたセグメントリングを前記掘削機本体に向かって押し出す複数の元押しジャッキと、
を備える、シールド掘削機。 And excavator body to start the base or et promotion provided in the ground,
An erector device attached to a rear wall surface opposite to the propulsion direction of the excavator body at the starting base and assembling a plurality of segments to generate a segment ring.
A plurality of main push jacks attached to the rear wall surface to push the segment ring generated by the erector device toward the excavator main body.
Provided with, shea Rudo excavator.
前記旋回シャフトは、前記旋回台と共に連続した内部空間を形成するように延びている、請求項3に記載のシールド掘削機。 The elector device includes a tubular swivel that rotatably supports the swivel shaft.
The pivot shaft extends so as to form an inner space which is continuous with the revolving base, shea Rudo excavator according to claim 3.
前記発進基地は既設トンネルから横向きに広がり、前記発進基地の後方壁面は上面である、請求項1〜4の何れか一項に記載のシールド掘削機。 The shield excavator according to any one of claims 1 to 4, wherein the starting base extends laterally from an existing tunnel, and the rear wall surface of the starting base is an upper surface.
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